一文搞懂四种同步工具类
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作者：CoderV的进阶笔记
来源：juejin.cn/post/6844903958360621064
上一篇：微服务架构体系
CountDownLatch
解释：
CountDownLatch相当于一个门闩，门闩上挂了N把锁。只有N把锁都解开的话，门才会打开。怎么理解呢？我举一个赛跑比赛的例子，赛跑比赛中必须等待所有选手都准备好了，裁判才能开发令枪。选手才可以开始跑。
CountDownLatch当中主要有两个方法，一个是await()会挂上锁阻塞当前线程，相当于裁判站在起始点等待，等待各位选手准备就绪，一个是countDown方法用于解锁，相当于选手准备好了之后调用countDown方法告诉裁判自己准备就绪，当所有人都准备好了之后裁判开发令枪。
代码：
public class TestCountDownLatch {
public static void main(String[] args) {
// 需要等待两个线程，所以传入参数为2
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
// 该线程运行1秒
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("1号选手准备就绪！用时1秒！");
latch.countDown();
}
}).start();
// 该线程运行3秒
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("2号选手准备就绪！用时3秒！");
latch.countDown();
}
}).start();
try {
System.out.println("请1号选手和2号选手各就各位！");
// 主线程在此等待两个线程执行完毕之后继续执行
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 两个线程执行完毕后，主线程恢复运行
System.out.println("裁判发枪，1号选手和2号选手开跑！");
}
}
运行结果：
请1号选手和2号选手各就各位！
1号选手准备就绪！用时1秒！
2号选手准备就绪！用时3秒！
裁判发枪，1号选手和2号选手开跑！
如果去掉CountDownLatch的效果呢？运行结果就会变成如下：
请1号选手和2号选手各就各位！
裁判发枪，1号选手和2号选手开跑！
1号选手准备就绪！用时1秒！
2号选手准备就绪！用时3秒！
裁判就会在选手还未准备就绪的时候开发令枪，这就乱套了。
其实CountDownLatch一个最简单的用处就是计算多线程执行完毕时的时间。像刚才的例子当中两个线程并行执行了共花费了3秒钟。
CyclicBarrier
解释：
CyclicBarrier就像一个栅栏，将各个线程拦住。Cyclic是循环的英文，表明该工具可以进行循环使用。CyclicBarrier(N)的构造参数表明该一共有几个线程需要互相等待。它相当于N个选手约定进行多次比赛，每次比赛完都要在起跑点互相等待。
读者可能会马上疑惑这不是和CountDownLatch一样吗？不一样。因为CountDownLatch是裁判等待选手，是调用await()方法的线程，等待调用countDown()方法的各个线程。而CyclicBarrier是选手等待选手，是调用await()方法的线程互相等待，等待其他线程都运行好之后，再开始下一轮运行。
我们举一个例子，两个选手进行比赛，一共进行三轮比赛。
代码：
public class TestCyclicBarrier {
// 1号选手跑的轮数
public static int countA = 1;
// 2号选手跑的轮数
public static int countB = 1;
public static void main(String[] args) {
// 填入2,代表2个线程互相等待
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(2);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 一共跑三轮
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("1号选手开始跑！当前第" + countA++ + "轮比赛！");
// 1号选手跑得慢，每次跑三秒
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
System.out.println("1号选手抵达终点！");
// 调用等待方法，在此等待其他选手
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 一共等待三轮
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("2号选手开始跑！当前第" + countB++ + "轮比赛！");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
System.out.println("2号选手抵达终点！");
// 调用等待方法，在此等待其他选手
barrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
}
}
运行结果:
1号选手开始跑！当前第1轮比赛！
2号选手开始跑！当前第1轮比赛！
2号选手抵达终点！
1号选手抵达终点！
1号选手开始跑！当前第2轮比赛！
2号选手开始跑！当前第2轮比赛！
2号选手抵达终点！
1号选手抵达终点！
1号选手开始跑！当前第3轮比赛！
2号选手开始跑！当前第3轮比赛！
2号选手抵达终点！
1号选手抵达终点！
每轮比赛1号选手和2号选手都会回到起跑线互相等待，再开启下一轮比赛。
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如果不加CyclicBarrier呢？
1号选手开始跑！当前第1轮比赛！
2号选手开始跑！当前第1轮比赛！
2号选手抵达终点！
2号选手开始跑！当前第2轮比赛！
2号选手抵达终点！
2号选手开始跑！当前第3轮比赛！
1号选手抵达终点！
1号选手开始跑！当前第2轮比赛！
2号选手抵达终点！
1号选手抵达终点！
1号选手开始跑！当前第3轮比赛！
1号选手抵达终点！
此时2号选手就直接跑完三轮比赛，不等1号选手了。
Semaphore
Semaphore英文的字面意思是信号量。它的工作机制是每个线程想要获取运行的机会的话，都必须获取到信号量。acquire()方法阻塞的获取信号量，release()释放信号量。
举个例子，假设我们去迪士尼游玩，但是迪士尼担心游客很多的话，影响大家的游玩体验，于是规定每个小时只能卖出两张门票。这样就可以控制在游乐园当中的游客数量了。
代码：
public class TestSemaphore {
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore = new Semaphore(0);
System.out.println("顾客在售票处等候中");
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (; ; ) {
try {
Thread.sleep(500);
// 等待出票
semaphore.acquire();
System.out.println("顾客拿到门票入场！");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
try {
// 等待一小时再发门票
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 一次性发出两张门票
System.out.println("售票处第" + (i + 1) + "小时售出两张票！");
semaphore.release();
semaphore.release();
}
}
}).start();
System.out.println("售票处开始售票！");
}
}
运行结果：
顾客在售票处等候中...
售票处开始售票！
售票处第1小时售出两张票！
顾客拿到门票入场！
顾客拿到门票入场！
售票处第2小时售出两张票！
顾客拿到门票入场！
顾客拿到门票入场！
售票处第3小时售出两张票！
顾客拿到门票入场！
顾客拿到门票入场！
Exchanger
解释：
Exchanger提供了让两个线程互相交换数据的同步点。Exchanger有点像2个线程的CyclicBarrier，线程之间都是互相等待，区别在于Exchanger多了交换的操作。
举个例子好比以前玩网游的时候，买家和卖家必须走到地图上同一地点面对面进行交易一样，一手交钱一手交装备。
代码：
public class TestExchanger {
public static void main(String[] args) {
Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String weapon = "装备";
System.out.println("我是卖家，我带着" + weapon + "过来了！");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("卖家到达地图上交易地点");
try {
System.out.println("我是卖家，换回了" + exchanger.exchange(weapon));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String money = "一万游戏币";
System.out.println("我是买家，我带着" + money + "过来了");
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("买家到达地图上交易地点");
try {
System.out.println("我是买家，换回了" + exchanger.exchange(money));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
运行结果：
我是卖家，我带着装备过来了！
我是买家，我带着一万游戏币过来了
卖家达到交易地点
买家到达交易地点
我是买家，换回了装备
我是卖家，换回了一万游戏币
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